JP4416529B2 - Method for inspecting the presence of cracks in the finger dovetails of wheels and buckets - Google Patents

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Description

本発明は、ホイールとバケットを互いに固着するためにピンが受け入れられているピンホールを取り囲む材料における亀裂の有無に関してホイール及びバケットのフィンガダブテールを検査する方法に関し、特に、フィンガの亀裂の有無に関してその場でフィンガダブテールを検査するためのフェイズドアレイ超音波プローブの使用に関する。   The present invention relates to a method for inspecting a wheel and bucket finger dovetail for the presence of cracks in the material surrounding the pinhole in which the pins are received to secure the wheel and bucket to each other, and more particularly to the presence or absence of finger cracks. It relates to the use of a phased array ultrasonic probe for inspecting finger dovetails in the field.

タービン、例えば、蒸気タービンでは、ホイールの縁部に、ダブテールを規定する複数の軸方向に互いに離間して配置された環状の突出フィンガが設けられている場合が多く、ホイールダブテールはホイールに固着されるバケットにあるほぼ相補形の個別のフィンガダブテールを受け入れる。バケットダブテールとホイールダブテールは互いにかみ合い、ホイールの縁部に沿って、バケットフィンガ及びホイールフィンガを貫通する少なくとも2つ、通常は3つのピンホールが軸方向に整列されており、それらのピンホールは各々のバケット位置で半径に沿って位置している。バケットをホイールに固着された状態に維持するため、整列されたピンホールにピンが軸方向に挿入される。ピンはホイールにバケットの半径方向荷重を加えることが理解されるであろう。使用期間が長くなると、時間の経過に伴って、この半径方向荷重は1つ以上のホイールフィンガの全体領域で、特にホイールフィンガにあるピンホールの場所で応力関連亀裂を発生させる。応力関連亀裂はほぼ接線方向の向きを有する傾向があり、通常はピンホールから周方向に広がる。場合によっては、亀裂が隣接するピンホールとつながることもある。ホイールフィンガダブテール及びバケットフィンガダブテールのうちの一方又はその双方で亀裂が形成されると、ホイールダブテール又はバケットダブテールが損傷し、バケットの速度が損なわれ、タービン及び/又は発電部に損傷が起こる可能性が生じることは理解されるであろう。   In turbines, such as steam turbines, the edge of the wheel is often provided with a plurality of axially projecting fingers spaced apart from one another in the axial direction defining the dovetail, and the wheel dovetail is secured to the wheel. Receiving substantially complementary individual finger dovetails in the bucket. The bucket dovetail and the wheel dovetail mesh with each other, and along the edge of the wheel, there are at least two, usually three pinholes that penetrate the bucket finger and the wheel fingers, aligned axially, each of which is a pinhole. The bucket position is located along the radius. To keep the bucket secured to the wheel, pins are inserted axially into the aligned pinholes. It will be appreciated that the pin applies a radial load of the bucket to the wheel. As service life increases, over time, this radial load causes stress-related cracks in the entire area of one or more wheel fingers, particularly at pinhole locations in the wheel fingers. Stress-related cracks tend to have a generally tangential orientation and usually spread circumferentially from the pinhole. In some cases, a crack may connect to an adjacent pinhole. If a crack is formed in one or both of the wheel finger dovetail and bucket finger dovetail, the wheel dovetail or bucket dovetail may be damaged, the bucket speed may be impaired, and the turbine and / or power generation section may be damaged. It will be appreciated that occurs.

このタービン故障の危険は業界で認識されてきた。そこで、ホイールフィンガダブテールとバケットフィンガダブテールの定期点検が指示されている。言うまでもなく、定期点検はバケットをホイールから取り外すことにより実行できる。しかし、タービンの使用後に各々のバケットをホイールから取り外すことは、たとえ、サンプルとしていくつかのバケットを取り外す場合であっても、多くの労力を必要とし、時間がかかり、従って、費用もかさむ作業である。更に、バケットをホイールから解放するためにバケットをホイールタービンに固着しているピンを除去することは極めて困難である場合が多い。通常はピンをハンマーで打ち出すか、又は爆薬を装填したガンを使用して、特に除去しにくいピンをはじき出す。また、ピンを除去するために、ドリルを使用する方法や、EDMプロセスも採用されている。ホイールからピン及びバケットを取り外した後、例えば、磁性粒子試験技法などを使用することによりフィンガダブテールを検査できる。試験後、バケットとピンを再びホイールに設置しなければならない。
米国特許第 3952581号明細書 米国特許第 3960006号明細書 米国特許第 4229796号明細書 米国特許第 4577507号明細書 米国特許第 4757716号明細書 米国特許第 5623107号明細書 米国特許第 6019001号明細書 米国特許第 6065344号明細書
The danger of this turbine failure has been recognized in the industry. Therefore, periodic inspection of the wheel finger dovetail and the bucket finger dovetail is instructed. Needless to say, periodic inspections can be performed by removing the bucket from the wheel. However, removing each bucket from the wheel after using the turbine is labor intensive, time consuming, and therefore expensive, even if several buckets are removed as samples. is there. Furthermore, it is often very difficult to remove the pins that secure the bucket to the wheel turbine in order to release the bucket from the wheel. Typically, the pins are hammered out or a gun loaded with explosives is used to eject the pins that are particularly difficult to remove. Moreover, in order to remove a pin, the method of using a drill and the EDM process are also employ | adopted. After removing the pin and bucket from the wheel, the finger dovetail can be inspected, for example, using magnetic particle testing techniques. After the test, the bucket and pin must be re-installed on the wheel.
U.S. Pat.No. 3952581 U.S. Pat.No. 3960006 U.S. Pat.No. 4229796 U.S. Patent No. 4577507 U.S. Pat.No. 4,757,716 US Patent No. 5623107 US Patent No. 6019001 U.S. Patent No. 6065344

しかし、ピンを除去するときにその一部が損傷されている場合もあり、それらを交換しなければならない。また、磁性粒子検査では、検査前に表面を準備する必要がある。更に、ピンの除去、検査及びバケットをホイールに固着するためのピンの再挿入を完了するためには、クレーンの形態をとる著しくロジスティックな支持手段、レイダウン領域などが必要とされる。従って、タービンのホイールフィンガダブテール及びバケットフィンガダブテールをその場で非破壊検査する必要が生じている。   However, some of the pins may be damaged when removing the pins and must be replaced. In the magnetic particle inspection, it is necessary to prepare the surface before the inspection. Furthermore, significantly logistic support means in the form of cranes, laydown areas, etc. are required to complete pin removal, inspection and pin re-insertion to secure the bucket to the wheel. Accordingly, there is a need to in-situ inspect the turbine wheel finger dovetail and bucket finger dovetail in situ.

従って、本発明の好ましい一実施例においては、バケットをホイールから取り外さず、最小限の数のピンのみを取り外して、亀裂形成の有無に関してホイール及びバケットのフィンガダブテールのピンホールに隣接する材料をその場で検査する方法が提供される。すなわち、ピンはホイールに沿った好ましくは規則的に離間された間隔で、例えば、1つおきのバケットで、バケットをホイールに固着する3つのピンのうちの唯1つの、好ましくは中間のピンに限ってピンホールから取り外される。選択されたピンが取り外されると、周方向に隣接するピンホールと半径方向に隣接するピンホールの双方で亀裂情報を検出するために、1つ以上の個別の素子を有する超音波プローブ、あるいはフェイズドアレイ超音波プローブがピンホールに挿入される。1つ以上の素子を有する超音波プローブの場合、プローブは整列されたピンホールの中でその軸に関して機械的に回転され、それにより、整列されたピンホールの周囲の材料は完全に周方向に走査される。その後、亀裂検出のために、超音波情報が解析される。   Thus, in a preferred embodiment of the present invention, the bucket is not removed from the wheel, only a minimal number of pins are removed and the material adjacent to the wheel and bucket finger dovetail pinholes is checked for cracking. A method for in-situ inspection is provided. That is, the pins are preferably spaced regularly along the wheel, for example, every other bucket, and only one of the three pins that secure the bucket to the wheel, preferably the middle pin. Only removed from the pinhole. Once a selected pin is removed, an ultrasonic probe, or phased, with one or more individual elements to detect crack information in both circumferentially adjacent pinholes and radially adjacent pinholes An array ultrasonic probe is inserted into the pinhole. In the case of an ultrasonic probe having one or more elements, the probe is mechanically rotated about its axis in the aligned pinhole so that the material around the aligned pinhole is completely circumferential Scanned. Thereafter, the ultrasonic information is analyzed for crack detection.

フェイズドアレイ超音波プローブの場合には、プローブを機械的に運動させずに、すなわち、プローブをピンホールの軸に関して回転させずに超音波ビームを周方向に電子的に走査できるように、プローブはピンホールに挿入される大きさに定められる。また、超音波ビームを異なる距離で集束させることができる。プローブの位置を符号化し、それを超音波情報と組み合わせて、解析のために検査データを正確に画像化することが可能である。超音波プローブを軸方向に機械的に運動させることと、個々のフェイズドアレイ素子、例えば、圧電素子を適切な遅延を伴ってプローブの周囲に沿ってパルス動作させることにより電子ビームを周方向に回転させることを組み合わせて、ピンホールの周囲の材料を完全に走査することができる。軸方向走査を超音波パルス動作と同期させることにより、連続螺旋走査経路を生成できる。あるいは、1つの軸方向距離で周方向走査を実行し、その後、プローブを徐々に繰り返し軸方向に前進させて、ピンホールの軸方向長さに隣接する材料を検査するための複数の走査/割り出しステップを作成することも可能である。このようにして、超音波ビームはプローブを受け入れているピンホールに隣接する穴の中へ開いている亀裂の形成を検出することが理解されるであろう。プローブを受け入れているピンホールにおける亀裂の形成は、プローブを引き抜いた後、うず電流試験などの別の試験技法により確認できる。以上の結果、ホイールからバケットを取り外さずに、最小限の数のピンをピンホールから取り外して、その場で検査プロセスを実行でき、その一方で、ホイール及びバケットのフィンガダブテールにおける亀裂検出に関して以前と変わらず高い感度が得られる。   In the case of a phased array ultrasonic probe, the probe can be scanned electronically in the circumferential direction without mechanical movement of the probe, i.e. without rotating the probe about the pinhole axis. The size is determined to be inserted into the pinhole. Also, the ultrasonic beam can be focused at different distances. It is possible to encode the position of the probe and combine it with ultrasound information to accurately image inspection data for analysis. Rotate the electron beam in the circumferential direction by mechanically moving the ultrasonic probe in the axial direction and pulsing the individual phased array elements, eg, piezoelectric elements, along the probe's perimeter with appropriate delay In combination, the material around the pinhole can be completely scanned. By synchronizing the axial scan with the ultrasonic pulse motion, a continuous spiral scan path can be generated. Alternatively, multiple scans / indexes to perform circumferential scans at one axial distance, and then gradually and repeatedly advance the probe in the axial direction to inspect material adjacent to the axial length of the pinhole It is also possible to create steps. In this way, it will be appreciated that the ultrasonic beam detects the formation of a crack opening into a hole adjacent to the pinhole receiving the probe. Crack formation in the pinhole receiving the probe can be confirmed by another test technique such as an eddy current test after the probe has been withdrawn. As a result, a minimal number of pins can be removed from the pinhole and the in-situ inspection process can be performed without removing the bucket from the wheel, while the crack detection in the wheel and bucket finger dovetails High sensitivity is obtained without change.

更に別の技法として、本発明の方法は、全ての亀裂を検出するには不十分な、ホイールに沿って間隔をおいたフィンガダブテールのサンプリングを含む。すなわち、超音波サンプリングプローブは広い間隔で離間されたピンホールでのみ使用され、従って、全ての亀裂を検出する所定位置には存在しない。このようにして、例えば、亀裂は存在しない、亀裂の確率は非常に低い、高いなどの亀裂形成の統計的確率を判定することができる。プローブがダブテール材料に存在する亀裂を検出すると、例えば、バケットを取り外し、亀裂の範囲を判定するために他の試験を実行するなどにより、亀裂を更に調査することができる。また、単なるサンプリングではなく、全ての亀裂の検出を保証するために、ホイールに沿った検査間隔を短くすることも可能である。   As yet another technique, the method of the present invention involves sampling finger dovetails spaced along the wheel, which is insufficient to detect all cracks. That is, the ultrasonic sampling probe is used only in pinholes that are spaced apart widely, and therefore does not exist in a predetermined position for detecting all cracks. In this way, it is possible to determine the statistical probability of crack formation, for example, the absence of cracks, the probability of cracks being very low, or high. When the probe detects a crack present in the dovetail material, the crack can be further investigated, for example, by removing the bucket and performing other tests to determine the extent of the crack. It is also possible to shorten the inspection interval along the wheel to ensure detection of all cracks rather than just sampling.

本発明による好ましい一実施例では、ホイールとバケットを互いにピンで固着するために、ホイールがフィンガダブテールを貫通する複数の整列された穴を有するとき、ホイール及びバケットのうちの少なくとも一方のフィンガダブテールを検査する方法であって、ホイール及びバケットのうちの少なくとも一方にある整列された穴のうちの1つの穴に超音波プローブを挿入する過程と、穴の周囲の材料に存在している亀裂を識別するために穴の周囲の材料を電子的に走査するように、整列された穴の内部で、その軸に関して超音波プローブを回転させる過程とから成る方法が提供される。   In a preferred embodiment according to the present invention, to pin the wheel and bucket together, when the wheel has a plurality of aligned holes through the finger dovetail, the finger dovetail of at least one of the wheel and bucket is A method for inspecting the process of inserting an ultrasonic probe into one of the aligned holes in at least one of the wheel and bucket and identifying cracks present in the material surrounding the hole A method comprising rotating an ultrasound probe about its axis within an aligned hole so as to electronically scan the material surrounding the hole.

本発明による別の好ましい実施例においては、ホイールとバケットを互いにピンで固着するために、ホイールがフィンガダブテールを貫通する複数の整列された穴を有するとき、ホイール及びバケットのうちの少なくとも一方のフィンガダブテールを検査する方法であって、ホイール及びバケットのうちの少なくとも一方にある整列された穴のうちの1つの穴にフェイズドアレイ超音波プローブを挿入する過程と、穴の周囲の材料に存在する亀裂を識別するために、穴の周囲のホイール及びバケットのうちのうちの一方のフィンガダブテールの材料を電子的に走査するように、超音波プローブを作動する過程とから成る方法が提供される。   In another preferred embodiment according to the present invention, when the wheel has a plurality of aligned holes through the finger dovetail to pin the wheel and bucket together, the finger of at least one of the wheel and bucket is used. A method for inspecting a dovetail, the step of inserting a phased array ultrasonic probe into one of the aligned holes in at least one of the wheel and bucket, and a crack present in the material surrounding the hole To actuate the ultrasonic probe to electronically scan the material of the finger dovetail of one of the wheel and bucket around the hole.

本発明による更に別の好ましい実施例においては、バケットとホイールを互いに固着する複数のピンを収容するピンホールの周囲の材料の亀裂の有無に関してホイールダブテール及びバケットダブテールをその場で検査する方法であって、(a)バケットのうちの1つをホイールに固着するピンホールからピンを除去する過程と、(b)ピンホールにフェイズドアレイ超音波プローブを挿入する過程と、(c)フェイズドアレイ超音波プローブを受け入れているピンホールに隣接するピンホールの周囲の材料に存在する亀裂を識別するように、ピンホールの周囲の材料を周方向に電子的に走査するように超音波プローブを作動する過程とから成る方法が提供される。   In yet another preferred embodiment according to the present invention, there is a method for in-situ inspecting a wheel dovetail and bucket dovetail for the presence of cracks in the material around the pinhole containing a plurality of pins that secure the bucket and wheel together. (A) removing a pin from the pinhole that secures one of the buckets to the wheel; (b) inserting a phased array ultrasonic probe into the pinhole; and (c) phased array ultrasound. The process of operating the ultrasonic probe to electronically scan the material surrounding the pinhole circumferentially to identify cracks present in the material surrounding the pinhole adjacent to the pinhole receiving the probe Is provided.

そこで図1を参照すると、複数のバケット12(図にはバケット12は1つしか示されていない)が周囲に沿って装着されるべきロータホイール10が示されている。ロータホイール10は図中符号13により示される周方向に延出するダブテールを含み、ダブテール13は複数の周方向に延出し、半径方向外側へ突出するフィンガ14から構成されており、フィンガ14の間には溝16が規定されている。フィンガはホイール10の外縁部に沿って延出している。溝16は、バケットダブテール20の一部を形成する複数のフィンガ18から構成される、図中符号17により示される溝と相補形のダブテールを受け入れる。ホイールダブテール13を規定するフィンガ14はバケットダブテール17を規定するフィンガ18とかみ合うことが理解されるであろう。図示されるように、ホイールに沿ったバケットの各々の周方向位置においてホイールとバケットそれぞれの突出するフィンガは、軸方向に延出する複数の位置合わせ穴、すなわち、ピンホール22及び24を有する。図1には、バケットごとに、ホイールに沿ったバケットの各々の周方向位置に3つの半径方向に整列された穴が示されている。整列された位置合わせピンホール22及び24はホイールの半径に沿って位置し、ホイールの周囲に沿って互いに等間隔で周方向に離間して配置されていることが理解されるであろう。ピン26はバケット12をホイール10に固着するために使用され、位置合わせピンホール22及び24を通して受け入れられる。図示される実施例では、各バケットをホイールに固着するために3つのピンホール、従って、3つのピンが設けられている。バケットダブテールは互いに積み重ねられて、ホイールに沿ってバケットの周方向アレイを形成し、使用中、バケット12はタービンの高温流体流路、例えば、蒸気タービンの蒸気流路に位置することが理解されるであろう。   Referring now to FIG. 1, a rotor wheel 10 is shown along which a plurality of buckets 12 (only one bucket 12 is shown in the figure) are to be mounted. The rotor wheel 10 includes a dovetail extending in the circumferential direction indicated by reference numeral 13 in the figure, and the dovetail 13 is composed of a plurality of circumferentially extending fingers 14 projecting radially outward. Has a groove 16 defined therein. The fingers extend along the outer edge of the wheel 10. Groove 16 receives a dovetail that is complementary to the groove, indicated by reference numeral 17, composed of a plurality of fingers 18 that form part of bucket dovetail 20. It will be appreciated that the fingers 14 defining the wheel dovetail 13 mesh with the fingers 18 defining the bucket dovetail 17. As shown, the protruding fingers of each wheel and bucket at each circumferential position of the bucket along the wheel have a plurality of alignment holes or pinholes 22 and 24 extending in the axial direction. FIG. 1 shows, for each bucket, three radially aligned holes at each circumferential position of the bucket along the wheel. It will be appreciated that the aligned alignment pinholes 22 and 24 are located along the radius of the wheel and are spaced equidistantly and circumferentially along the circumference of the wheel. Pins 26 are used to secure bucket 12 to wheel 10 and are received through alignment pin holes 22 and 24. In the illustrated embodiment, three pinholes and thus three pins are provided to secure each bucket to the wheel. It is understood that the bucket dovetails are stacked together to form a circumferential array of buckets along the wheel, and in use, bucket 12 is located in the hot fluid flow path of the turbine, eg, the steam flow path of the steam turbine. Will.

図1を参照すると、半径方向に整列されたピン26と、ホイール10のフィンガ14は、タービンの動作中にバケットに作用する遠心力に抵抗することが理解されるであろう。使用中、時間が経過するにつれて、ホイールのフィンガ14及びバケットのフィンガ18、特に、ホイール10を貫通するピンホールの周囲の材料に亀裂30が発生することがある。亀裂は、通常、ほぼ周方向に走り、周方向又は接線方向に広がって行くが、多くの場合、1つのピンホールから広がって、隣接するピンホールとつながる。先に指摘した通り、ピン26とバケットを取り除くことによりホイール10からバケットを外したときに、いくつかの試験手続きを利用して、それらの亀裂を検出することができる。しかし、全てのピンとバケットを取り除くのは時間がかかり且つ煩雑であり、従って、費用のかさむ作業であり、本発明によれば、この作業が回避される。   Referring to FIG. 1, it will be appreciated that the radially aligned pins 26 and the fingers 14 of the wheel 10 resist the centrifugal forces acting on the bucket during turbine operation. During use, cracks 30 may develop over time in the material around the wheel fingers 14 and bucket fingers 18, particularly the pinholes that penetrate the wheel 10. The crack usually runs almost in the circumferential direction and spreads in the circumferential direction or the tangential direction, but in many cases, the crack spreads from one pinhole and is connected to an adjacent pinhole. As pointed out above, when the bucket is removed from the wheel 10 by removing the pin 26 and bucket, several test procedures can be utilized to detect those cracks. However, removing all pins and buckets is time consuming and cumbersome and is therefore an expensive operation, and according to the present invention, this operation is avoided.

本発明の好ましい一実施例によれば、その場で、すなわち、ホイールの縁部からバケットを取り外さずに、ホイールの周囲のごく限られた数のピンを取り外すだけで、フィンガダブテール13及び17を検査する方法が提供される。例えば、図2を参照すると、本発明の好ましい方法の初期過程は、ホイール10の周囲に沿った1つおきのバケットを保持している3つの半径方向に整列されたピンのうちの中間のピンを取り外すことを含む。本発明の検査方法を可能にするために取り外されるピンの間の周方向間隔は、周方向に離間して配置されたピンの間で1つおきの場合より広い周方向間隔を含んでいても良い。例えば、周囲縁部に沿った2つおき又は3つおきのピン群のうちの中間のピンを取り外しても良い。従って、ホイールの縁部に沿った選択された周方向位置で、3つの半径方向に整列されたピン26のうちの中間のピンが取り外されることになる。ピンは、整列されたピンホールからピンをハンマーで打ち出すことにより除去されても良い。あるいは、ピンをドリルで押出しても良いし、爆薬を装填したガンを使用して、1つ以上のピンをピンホールからはじき出しても良く、又はEDMプロセスを使用して1つ以上のピンを除去しても良い。   In accordance with a preferred embodiment of the present invention, finger dovetails 13 and 17 are removed in situ, i.e. without removing the bucket from the edge of the wheel, by removing a limited number of pins around the wheel. A method for inspection is provided. For example, referring to FIG. 2, the initial process of the preferred method of the present invention is the intermediate pin of three radially aligned pins holding every other bucket along the circumference of the wheel 10. Including removing. The circumferential spacing between pins removed to enable the inspection method of the present invention may include a wider circumferential spacing between every other circumferentially spaced pin. good. For example, an intermediate pin in every second or third group of pins along the peripheral edge may be removed. Thus, an intermediate pin of the three radially aligned pins 26 will be removed at selected circumferential positions along the edge of the wheel. The pins may be removed by hammering the pins out of the aligned pin holes. Alternatively, the pins may be extruded, a gun loaded with explosives may be used to pop one or more pins out of the pinhole, or one or more pins may be removed using an EDM process You may do it.

ピンが取り外されると、1つ以上の圧電素子を有する個別の超音波プローブ又はフェイズドアレイ超音波プローブ40(図5)を、それぞれ、ピンを取り外されたピンホールの位置で整列されたピンホールに挿入して、プローブを受け入れているピンホールに隣接するピンホールの周囲のホイールダブテール及びバケットダブテールの材料における亀裂の有無に関してダブテールを検査する。ここではプローブ40はフェイズドアレイ超音波プローブとして説明されるが、プローブはその表面に沿って1つ以上の圧電素子を含んでいても良く、その場合、解析及び亀裂検出に関する超音波情報を確定するためにピンホール軸に関して完全な周方向走査を実行するには、整列されたピンホイールの中でプローブを機械的に回転させる必要があることは理解されるであろう。いずれの場合にも、プローブ40は整列されたピンホールの周方向の広がりと厳密に整列するために円筒形の形状であるのが好ましいが、それは不可欠ではない。フェイズドアレイ超音波プローブ40を使用する好ましい一実施例では、プローブ40の周囲に沿って互いに離間して配置された複数のほぼ直線状の圧電素子42(図5)を含む。また、図5に示すように、各圧電素子42の長手方向はプローブの軸方向と一致している。圧電素子42はその外表面に沿って湾曲していても良いし、平坦であっても良い。寸法に関して言えば、プローブは、分解能を改善するためにプローブの円筒形表面と、整列されたピンホールの面との間の間隔を最小にしてプローブを整列されたピンホールに挿入できるような直径を有する。穴を取り囲んでいる材料を検査するために集束し、指向することができる超音波ビームの発生を可能にするために、圧電素子42間で適切な時間遅延を伴って超音波プローブの個々の圧電素子42をパルス動作させても良いことは理解されるであろう。すなわち、プローブをその円筒軸に関して機械的に回転運動させることなく、超音波ビームを穴の周囲で360°指向することができる。従って、フィンガダブテールの周方向走査は軸方向以外にプローブを変位させることなく実現できる。機械的手段(図示せず)によりフェイズドアレイプローブを軸方向に変位させることと、個々の圧電素子42を適切な時間遅延を伴ってパルス動作させることにより超音波ビームを円を描くように電子的に回転させることを組み合わせて、穴の周囲の材料の完全な走査が可能になる。軸方向走査を超音波パルス動作と同期させることにより、プローブがピンホールの中で連続して軸方向に変位されるにつれて、連続螺旋走査パターンを生成することができる。あるいは、1つの軸方向距離部分で周方向走査を実行し、その後、プローブを軸方向に徐々に前進させて、全検査範囲にわたる走査/割り出し経路を形成することも可能である。いずれの方法によっても、プローブの唯1つの機械的自由度によって、すなわち、プローブの軸方向運動によって、材料の検査範囲を完全にカバーすることができる。   When the pins are removed, individual ultrasonic probes or phased array ultrasonic probes 40 (FIG. 5) having one or more piezoelectric elements are respectively aligned with the pinholes where the pins are removed. Insert and inspect the dovetail for cracks in the wheel and bucket dovetail material around the pinhole adjacent to the pinhole receiving the probe. Although the probe 40 is described herein as a phased array ultrasonic probe, the probe may include one or more piezoelectric elements along its surface, in which case it determines ultrasonic information regarding analysis and crack detection. It will be appreciated that to perform a complete circumferential scan with respect to the pinhole axis, it is necessary to mechanically rotate the probe within the aligned pinwheel. In either case, the probe 40 is preferably cylindrical in shape to closely align with the circumferential extent of the aligned pinholes, but it is not essential. One preferred embodiment using a phased array ultrasound probe 40 includes a plurality of generally linear piezoelectric elements 42 (FIG. 5) that are spaced apart from one another along the circumference of the probe 40. As shown in FIG. 5, the longitudinal direction of each piezoelectric element 42 coincides with the axial direction of the probe. The piezoelectric element 42 may be curved along its outer surface or may be flat. In terms of dimensions, the probe has a diameter that allows the probe to be inserted into the aligned pinhole with minimal spacing between the cylindrical surface of the probe and the face of the aligned pinhole to improve resolution. Have The individual piezoelectric elements of the ultrasonic probe with an appropriate time delay between the piezoelectric elements 42 to allow generation of an ultrasonic beam that can be focused and directed to inspect the material surrounding the hole. It will be appreciated that element 42 may be pulsed. That is, the ultrasonic beam can be directed 360 ° around the hole without mechanically rotating the probe about its cylindrical axis. Therefore, the circumferential scanning of the finger dovetail can be realized without displacing the probe other than in the axial direction. Electronically oscillates the ultrasonic beam by displacing the phased array probe axially by mechanical means (not shown) and pulsing the individual piezoelectric elements 42 with appropriate time delays. In combination, the complete scanning of the material around the hole is possible. By synchronizing the axial scan with the ultrasonic pulse motion, a continuous spiral scan pattern can be generated as the probe is continuously displaced axially within the pinhole. Alternatively, it is possible to perform a circumferential scan at one axial distance and then gradually advance the probe in the axial direction to form a scan / index path over the entire inspection range. Either way, the inspection range of the material can be completely covered by only one mechanical degree of freedom of the probe, ie by the axial movement of the probe.

プローブが先に説明した2つの形態以外の異なる形態をとっていても良いことは理解されるであろう。例えば、図6に示すように、別のプローブ43は超音波エネルギーを軸方向に誘導する圧電素子44を有する。圧電素子44はプローブの一端部にあるミラー46と軸方向に整列されており、ミラーは円錐形で、プローブ43の軸に対して角度を成して配置されている。軸方向に走る超音波ビームはミラーから反射されて、ほぼ半径方向にフィンガダブテール材料の中へ誘導される。圧電素子44を順次パルス動作させることにより、プローブ軸に関してパルス電子ビームが回転される。また、超音波ビームをプローブから異なる距離で集束できることも理解されるであろう。プローブの位置を符号化することができ、それをプローブへ戻される亀裂からの反射ビームを示す超音波ビームと組み合わせると、解析のために検査データを正確に画像化することができる。   It will be appreciated that the probe may take different forms other than the two forms previously described. For example, as shown in FIG. 6, another probe 43 has a piezoelectric element 44 that guides ultrasonic energy in the axial direction. The piezoelectric element 44 is axially aligned with a mirror 46 at one end of the probe, the mirror being conical and arranged at an angle with respect to the axis of the probe 43. An axially traveling ultrasound beam is reflected from the mirror and is directed substantially radially into the finger dovetail material. By sequentially pulsing the piezoelectric element 44, the pulsed electron beam is rotated about the probe axis. It will also be appreciated that the ultrasound beam can be focused at different distances from the probe. The position of the probe can be encoded, and when combined with an ultrasound beam that shows the reflected beam from the crack returned to the probe, the inspection data can be accurately imaged for analysis.

図4を参照すると、プローブを受け入れているピンホールを取り囲むピンホールに隣接するダブテール材料における亀裂の有無を検査するために、半径方向に整列されたピンホールのうちの中間のピンホールがプローブによりどのように使用されるかが実例により概略的に示されている。従って、図4に示すように中間のピンホール50にプローブ40が挿入された状態で、超音波ビームがピンホール50の周囲で周方向にパルス動作されるか、又はピンホール内でプローブ軸に関して機械的回転により物理的に回転されることにより、プローブを受け入れているピンホールに半径方向に隣接するピンホール、並びに周方向に隣接するピンホールを取り囲んでいるダブテール材料における亀裂の形成の有無を検査することができる。また、プローブが挿入されているピンホールから広がった亀裂は検出するのが困難であることも理解されるであろう。すなわち、プローブの分解能は、プローブを受け入れているピンホールに隣接するピンホールを起点とするダブテール材料の亀裂のほうが検出しやすくなっている。そのため、超音波検査が完了し、プローブがピンホール50から引き抜かれたとき、例えば、うず電流を使用するなどの別の方法によりピンホール50自体を検査することができる。   Referring to FIG. 4, in order to check for cracks in the dovetail material adjacent to the pinhole that surrounds the pinhole receiving the probe, an intermediate pinhole of the radially aligned pinholes is How it is used is shown schematically by example. Therefore, as shown in FIG. 4, with the probe 40 inserted in the intermediate pinhole 50, the ultrasonic beam is pulsed in the circumferential direction around the pinhole 50, or with respect to the probe axis in the pinhole. The presence of cracks in the dovetail material surrounding the pinholes that are radially adjacent to the pinhole receiving the probe and circumferentially adjacent to the pinhole by being physically rotated by mechanical rotation. Can be inspected. It will also be understood that cracks extending from the pinhole in which the probe is inserted are difficult to detect. In other words, the resolution of the probe is easier to detect for cracks in the dovetail material starting from the pinhole adjacent to the pinhole receiving the probe. Therefore, when the ultrasonic inspection is completed and the probe is pulled out from the pinhole 50, the pinhole 50 itself can be inspected by another method such as using an eddy current.

更に、プローブが挿入されているピンホールの周方向両側にある半径方向に整列されたピンホールを取り囲んでいる材料は図4に示すように検査されるが、プローブの数がより少ない(従って、取り外されるピンの数も少ない)ピンホールを使用するサンプリング技法の一部として使用されても良いことは理解されるであろう。すなわち、ホイールの縁部に沿ってより広い周方向距離又は間隔をおいてピンを取り外すことにより、統計的サンプリングの一部として、ホイール及びバケットのダブテール材料の亀裂の有無を検査できる。亀裂形成の有無に関してサンプリングを実行することにより、ある特定のホイールとバケットの組み合わせにおける亀裂形成の確率をかなり正確に予測することができる。従って、サンプリング技法で亀裂が明示されなければ、フィンガダブテールに亀裂が発生していない確率は非常に高い。サンプリング技法で1つ以上の亀裂のみが識別された場合、検査を受けた特定のホイール/バケット組み合わせで更に亀裂が発生している確率はごく低いといえるであろう。従って、そのホイール/バケット組み合わせにおいて亀裂が残留していないという非常に大きな確信をもって、1つ以上の亀裂が検出されたダブテールのみを修理することが可能である。これに対し、サンプリングで相当に多くの数の亀裂が明示された場合には、必要に応じて、フィンガダブテールを更に完全に検査し、修理するために、全てのバケットを取り外すことが必要になるであろう。   Furthermore, the material surrounding the radially aligned pinholes on both circumferential sides of the pinhole in which the probe is inserted is inspected as shown in FIG. 4, but with a smaller number of probes (thus It will be appreciated that it may be used as part of a sampling technique that uses pinholes (which also reduces the number of pins removed). That is, by removing the pins at wider circumferential distances or intervals along the edge of the wheel, the wheel and bucket dovetail material can be inspected for cracks as part of the statistical sampling. By performing sampling for the presence or absence of crack formation, the probability of crack formation at a particular wheel and bucket combination can be predicted fairly accurately. Therefore, if no cracks are clearly indicated by the sampling technique, the probability that no finger dovetail has cracks is very high. If the sampling technique identifies only one or more cracks, it can be said that the probability of further cracks occurring in the particular wheel / bucket combination undergoing inspection is very low. Thus, it is possible to repair only dovetails in which one or more cracks have been detected with a great deal of confidence that no cracks remain in the wheel / bucket combination. On the other hand, if a significant number of cracks are manifested by sampling, all buckets will need to be removed as needed to inspect and repair the finger dovetail more thoroughly. Will.

従って、本発明の方法は、ホイールから1つ以上のバケットを取り外すことなく、ホイールの周囲の最小限の数のピンのみを除去することを必要とすることが理解されるであろう。そのため、この検査方法は比較的迅速に行われ、ホイール及びバケットのダブテールのピンホールから広がる亀裂の検査に関して高い感度を示す。   Thus, it will be appreciated that the method of the present invention requires removing only a minimal number of pins around the wheel without removing one or more buckets from the wheel. As such, this inspection method is relatively quick and exhibits high sensitivity for inspection of cracks extending from the dovetail pinholes of the wheel and bucket.

本発明を現時点で最も実用的で好ましい実施例であると考えられるものに関連して説明した。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。   The invention has been described with reference to what is considered to be the most practical and preferred embodiment at the present time. In addition, the code | symbol described in the claim is for easy understanding, and does not limit the technical scope of an invention to an Example at all.

タービンホイール及びホイールに固着されたバケットの周囲の一部分を示す部分斜視図。The partial perspective view which shows a part of circumference | surroundings of the bucket fixed to the turbine wheel and the wheel. 本発明によるホイール/バケットダブテールを超音波検査する好ましい方法に従った選択されたピンの除去を示す図1に類似する図。FIG. 2 is a view similar to FIG. 1 illustrating the removal of selected pins according to a preferred method of ultrasonic inspection of a wheel / bucket dovetail according to the present invention. ピンが除去されているピンホールへの超音波プローブの挿入を示す図1及び図2に類似する図。The figure similar to FIG.1 and FIG.2 which shows insertion of the ultrasonic probe to the pinhole from which the pin is removed. 隣接するピンホールの付近のフィンガダブテールに存在している亀裂の場所を規定するための超音波プローブの走査を示す概略図。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating scanning of an ultrasonic probe to define the location of a crack present in a finger dovetail near an adjacent pinhole. フェイズドアレイ超音波プローブを示す概略図。Schematic which shows a phased array ultrasonic probe. 整列されたピンホールにおける異なる形態のフェイズドアレイプローブを概略的に示す横断面斜視図。The cross-sectional perspective view which shows schematically the phased array probe of a different form in the aligned pinhole.

符号の説明Explanation of symbols

10…ロータホイール、12…バケット、13…ホイールダブテール、14…フィンガ、17…バケットダブテール、18…フィンガ、20…バケットダブテール、22、24…ピンホール、26…ピン、30…亀裂、40…フェイズドアレイ超音波プローブ、42…圧電素子、43…プローブ、44…圧電素子、50…ピンホール   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotor wheel, 12 ... Bucket, 13 ... Wheel dovetail, 14 ... Finger, 17 ... Bucket dovetail, 18 ... Finger, 20 ... Bucket dovetail, 22, 24 ... Pinhole, 26 ... Pin, 30 ... Crack, 40 ... Phased Array ultrasonic probe, 42 ... piezoelectric element, 43 ... probe, 44 ... piezoelectric element, 50 ... pinhole

Claims (14)

タービンホイール(10)とバケット(12)を互いに着する複数のピンを収容する、周方向及び半径方向に整列された複数のピンホール(22、24)の周囲の材料の亀裂の有無に関してホイールダブテール及びバケットダブテール(13、17)をその場で検査する方法において、
前記バケットを前記ホイールから取り外さずに、前記ピン(26)を前記ピンホールから除去する過程と、
前記ピンが除去されたピンホールに超音波プローブ(40)を挿入する過程と、
前記ピンが除去されたピンホールの周囲の材料に存在している亀裂を識別するために前記ピンが除去されたピンホールの周囲の材料を電子的に走査するように、前記ピンが除去されたピンホールの内部で、その軸に関して前記超音波プローブを回転させる過程とから成り、
前記除去する過程は、半径方向に整列されたピンホール(22、24)のうちの中間のピンホール(50)であって、該中間のピンホール(50)のうち周方向において少なくとも1つおきのピンホール(50)のピンに限定して除去することを特徴とする方法。
Accommodating a turbine wheel (10) and bucket (12) to one another solid Chakusuru plurality of pins, wheels for the presence of cracks in the surrounding material in the circumferential direction and radially aligned plurality of pinholes (22, 24) In the method for in-situ inspection of dovetails and bucket dovetails (13, 17),
Removing the pin (26) from the pinhole without removing the bucket from the wheel;
Inserting an ultrasonic probe (40) into the pinhole from which the pin has been removed ;
The pin was removed so as to electronically scan the material around the pinhole from which the pin was removed to identify cracks present in the material around the pinhole from which the pin was removed inside the pinhole, Ri consists a process of rotating the ultrasonic probe with respect to its axis,
The removing process is an intermediate pinhole (50) of the radially aligned pinholes (22, 24), and at least every other pinhole (50) in the circumferential direction. The method is characterized by removing only the pins of the pinhole (50) .
タービンホイール(10)とバケット(12)を互いに固着する複数のピンを収容する、周方向及び半径方向に整列された複数のピンホール(22、24)の周囲の材料の亀裂の有無に関してホイールダブテール及びバケットダブテール(13、17)をその場で検査する方法において、
前記バケットを前記ホイールから取り外さずに、前記ピン(26)を前記ピンホールから除去する過程と、
前記ピンが除去されたピンホールにフェイズドアレイ超音波プローブを挿入する過程と、
前記ピンが除去されたピンホールの周囲の材料に存在する亀裂を識別するために、前記ピンが除去されたピンホールの周囲の材料を電子的に走査するように、前記ピンが除去されたピンホールの内部で前記超音波プローブを作動する過程とから成り、
前記除去する過程は、半径方向に整列されたピンホール(22、24)のうちの中間のピンホール(50)であって、該中間のピンホール(50)のうち周方向において少なくとも1つおきのピンホール(50)のピンに限定して除去することを特徴とする方法。
Wheel dovetail for cracking of material around a plurality of circumferentially and radially aligned pinholes (22, 24) containing a plurality of pins that secure the turbine wheel (10) and bucket (12) together And in-situ inspection of bucket dovetails (13, 17),
Removing the pin (26) from the pinhole without removing the bucket from the wheel;
Inserting a phased array ultrasonic probe into the pinhole from which the pin has been removed ;
The pin from which the pin has been removed so as to electronically scan the material around the pinhole from which the pin has been removed to identify cracks present in the material around the pinhole from which the pin has been removed Ri consists a step of operating the ultrasonic probe within the hole,
The removing process is an intermediate pinhole (50) of the radially aligned pinholes (22, 24), and at least every other pinhole (50) in the circumferential direction. The method is characterized by removing only the pins of the pinhole (50) .
前記作動する過程は、前記超音波プローブを前記ピンが除去されたピンホール(50)に対して機械的に回転させずに前記ピンが除去されたピンホール(50)の周囲で超音波ビームを周方向に指向することを含む請求項2記載の方法。 Process of the operation, the ultrasonic beam around the pin hole the pin without mechanically rotating relative to the pin hole the pin ultrasound probe has been removed (50) has been removed (50) The method of claim 2 including directing in a circumferential direction. プローブの円筒形表面に沿ってほぼ細長く直線状の複数の圧電素子(42)を有する円筒形のプローブを提供することを含む請求項2記載の方法。 The method of claim 2, comprising providing a cylindrical probe having a plurality of substantially linear linear elements (42) along a cylindrical surface of the probe. 超音波エネルギーを軸方向に誘導するように配列された複数の圧電素子を有する円筒形プローブを提供することと、軸方向に誘導されたエネルギーをほぼ半径方向に反射させることとを含む請求項1記載の方法。 Providing a cylindrical probe having a plurality of piezoelectric elements arranged to direct ultrasonic energy in an axial direction and reflecting the axially induced energy in a substantially radial direction. The method described. 連続する螺旋走査経路を発生するために、前記超音波プローブを前記ピンが除去されたピンホール(50)に軸方向に挿入するのと同時に、超音波ビームを電子的に回転させることを含む請求項2記載の方法。 Electronically rotating the ultrasound beam simultaneously with inserting the ultrasound probe axially into the pinhole from which the pin has been removed to generate a continuous spiral scanning path. Item 3. The method according to Item 2. 前記ピンが除去されたピンホール(50)の長さに沿った複数の軸方向に離間した位置で周方向走査経路を形成するように、各々の軸方向ピンホール(50)位置において前記ピンが除去されたピンホール(50)の周囲の材料を周方向に走査するために、前記超音波プローブを前記ピンが除去されたピンホール(50)の中へ軸方向に徐々に前進させ、超音波ビームを電子的に回転させることを含む請求項2記載の方法。 At each axial pinhole (50) position, the pin is positioned at a plurality of axially spaced positions along the length of the pinhole (50) from which the pin has been removed. In order to scan the material around the removed pinhole (50) in the circumferential direction, the ultrasonic probe is gradually advanced axially into the pinhole (50) from which the pin has been removed. The method of claim 2 including electronically rotating the beam. 前記中間のピンホール(50)は、半径方向に整列された3つのピンホール(22、24)のうちの中間のピンホールであることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。The method according to claim 1 or 2, characterized in that the intermediate pinhole (50) is an intermediate pinhole out of three radially aligned pinholes (22, 24). 円筒形プローブの円筒形表面に沿って複数のほぼ細長く直線状の圧電素子を有する円筒形プローブを提供することを含む請求項1記載の方法。 The method of claim 1 including providing a cylindrical probe having a plurality of substantially elongated linear piezoelectric elements along a cylindrical surface of the cylindrical probe. 前記ピンが除去されたピンホール(50)に沿った複数の軸方向に離間する位置で周方向走査経路を形成するために、各々の増分軸方向場所で前記ピンホールに関して材料を周方向に走査するように、前記超音波プローブを前記ピンが除去されたピンホール(50)の中へ軸方向に徐々に前進させ、超音波ビームを電子的に回転させることを含む請求項1記載の方法。 Scan the material circumferentially with respect to the pinhole at each incremental axial location to form a circumferential scan path at a plurality of axially spaced locations along the pinhole (50) from which the pin has been removed. The method of claim 1 , comprising gradually advancing the ultrasound probe axially into the pinhole (50) from which the pins have been removed and electronically rotating the ultrasound beam. 前記ピンが除去されたピンホール(50)にピンを再び挿入することを含む請求項1記載の方法。 The method of claim 1 , comprising reinserting the pin into the pinhole (50) from which the pin has been removed . 前記ピンホールにピンを再び挿入する前に、前記ピンホールの亀裂の有無を検査することを含む請求項11記載の方法。 The method of claim 11 , comprising inspecting the pinhole for cracks before reinserting the pin into the pinhole. 超音波エネルギーを軸方向に誘導する圧電素子(44)と、前記超音波プローブの一端に前記圧電素子と軸方向に整列されて設けられて超音波ビームを反射して半径方向に誘導するミラー(46)とを有する超音波プローブを用いることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。A piezoelectric element (44) for guiding the ultrasonic energy in the axial direction, and a mirror (axially aligned with the piezoelectric element at one end of the ultrasonic probe to reflect the ultrasonic beam and guide it in the radial direction ( 46. The method according to claim 1, wherein an ultrasonic probe is used. 前記超音波プローブを前記ピンホール(50)から引き抜き、該ピンホール自体を前記超音波プローブを使う検査方法とは異なる方法で検査する過程を更に含むことを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 3. The method according to claim 1, further comprising a step of pulling out the ultrasonic probe from the pinhole (50) and inspecting the pinhole itself by a method different from an inspection method using the ultrasonic probe. the method of.
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